(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-27
(45)【発行日】2022-07-05
(54)【発明の名称】車両搭載用路面高さ計測装置
(51)【国際特許分類】
G01B 11/30 20060101AFI20220628BHJP
【ＦＩ】
G01B11/30 W
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2018153645
(22)【出願日】2018-08-17
(65)【公開番号】P2020027086
(43)【公開日】2020-02-20
【審査請求日】2021-07-16
(73)【特許権者】
【識別番号】501497264
【氏名又は名称】西日本高速道路エンジニアリング四国株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】特許業務法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松田 靖博
(72)【発明者】
【氏名】橋本 和明
(72)【発明者】
【氏名】橋爪 謙治
【審査官】櫻井 仁
(56)【参考文献】
【文献】特開昭６２－１７０８０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－２２３５２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２１４８５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－２１５８１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００７６８７１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０
Ｇ０１Ｂ ２１／００
Ｇ０１Ｃ ３／０６
Ｇ０１Ｃ ７／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両に取り付けられ、前記路面に対して水平な方向あるいは略水平な方向に向けて、前記路面の横断方向に拡がるスリット光を投光するスリット光投光部と、前記車両に取り付けられ、前記スリット光投光部から投光されたスリット光を下方に反射させて、前記路面の横断方向に拡がるスリット光を、前記路面に照射する第１のミラーと、
前記第１のミラーの取り付け位置に対して前記車両の後方あるいは前方に取り付けられ、前記路面に照射されたスリット光の像を映す第２のミラーと、
前記車両に取り付けられ、前記第２のミラーに映されたスリット光の像を、前記路面に対して水平な方向あるいは略水平な方向から撮影する撮影部と備えた車両搭載用路面高さ計測装置。
【請求項2】
前記車両のルーフに装着されるフレームを備え、前記スリット光投光部と前記第１のミラーと前記第２のミラーと前記撮影部は、前記フレームの外枠内に収まるように当該フレームに取り付けられている請求項１に記載の車両搭載用路面高さ計測装置。
【請求項3】
前記フレームは、前記車両のルーフキャリアに装着される請求項１または２に記載の車両搭載用路面高さ計測装置。
【請求項4】
前記スリット光投光部は、前記車両の後方に向けてスリット光を投光するように前記車両に取り付けられ、前記第１のミラーは、スリット光を、前記路面に対して垂直に上方から照射するように前記車両に取り付けられ、
前記第２のミラーは、 前記第１のミラーの取り付け位置に対して前記車両の後方に位置するように前記車両に取り付けられ、
前記撮影部は、前記第２のミラーの取り付け位置に対して前記車両の前方に位置するように前記車両に取り付けられている請求項１から３のいずれか一項に記載の車両搭載用路面高さ計測装置。
【請求項5】
前記フレームの高位置および低位置のうちいずれか一方の位置に、前記スリット光投光部と前記第１のミラーの組が取り付けられ、記フレームの高位置および低位置の他方の位置に、前記第２のミラーと前記撮影部の組が取り付けられている請求項１から４のいずれか一項に記載の車両搭載用路面高さ計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両に搭載され、光切断法により前記車両が走行する路面の各部の高さを計測するための車両搭載用路面高さ計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、車両に搭載された路面高さ計測装置によって路面の各部の高さを計測することが実施されている。この種の車両搭載用路面高さ計測装置では、光切断法によって路面各部の高さが計測される。
【0003】
本出願人は、特開２０１５-４９０８６号（特許文献１）に、車両搭載用路面高さ計測装置を開示している。
【0004】
【0005】
図１０、図１１に示すように、車両１´´が走行中に、車両１´´の後部にあって車体の幅方向の左右の作業腕１０、１１にそれぞれ取り付けられたスリット光投光部１００、１１０から、測定対象である路面に対して垂直にスリットレーザ１００ａ、１１０ａを投光する。これにより路面上には、スリットレーザ１００ａ、１１０ａの照射によって、路面の横断方向に平行な光切断線としての線状のマーカ１１２が形成される。２台のスリット光投光部１００、１１０によって、路面の横断方向に沿って、所定の幅の光切断線としての線状のマーカ１１２の照射範囲が確保される。
【0006】
一方で、車両１´´の後部のスリット光投光部１００、１１０の取り付け位置よりも更に後方にあって車体の幅方向の左右それぞれには、エリアカメラで構成される撮影部１０１、１１１が取り付けられている。車両１´´が走行中に、左右の撮影部１０１、１１１によって、光切断線としての線状のマーカ１１２を撮影する。左右の撮影部１０１、１１１はそれぞれ、撮影範囲１０１ａ、１１１ａをもって測定対象である光切断線としての線状のマーカ１１２の左側、右側を撮影する。２台の撮影部１０１、１１１によって、路面の横断方向に沿って、所定の幅の撮影範囲が確保される。
【0007】
路面上に生じた光切断線としての線状のマーカ１１２は、測定対象である路面の高さに応じて位置が水平方向（路面の縦断方向）に変位するという特性を有している。したがって、撮影画像内の光切断線としての線状のマーカ１１２の変位プロファイルに基づいて、光切断線としての線状のマーカ１１２に対応する路面横断方向の高さ分布を算出することができる。車両１´´を走行させつつ測定対象である路面の縦断方向位置を少しずつ動かしながら光切断線としての線状のマーカ１１２の変位プロファイルを繰り返し測定することで、測定対象である路面内の高さ分布を得ることができる。
【0008】
特許第５８２３０２１号（特許文献２）には、モービルマッピングシステムに関して、複数のレーザスキャナと、複数のカメラを、車両のルーフ上に取り付けるという構成が示されている。カメラの撮影方向およびレーザの発振方向が水平方向に向かうようにカメラおよびレーザスキャナがルーフ上に取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開２０１５-４９０８６号公報
【文献】特許第５８２３０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
特許文献１（特開２０１５-４９０８６号）に示されるように、車両１´´の後部には、所定の幅の光切断線としての線状のマーカ１１２の照射範囲を確保するために、スリット光投光部１００、１１０が複数台（２台）取り付けられている。また、路面の横断方向に沿って、所定の幅の撮影範囲を確保するために、撮影部１０１、１１１が複数台（２台）取り付けられている。
【0011】
【0012】
図８、図９に示すように、一台のスリット光投光部１００だけで、路面の横断方向に沿って、幅Ｄの光切断線としての線状のマーカ１１２を確保するためには、一台のスリット光投光部１００を、車両１´のルーフ上の高い位置に取り付けざるを得ない。同様に一台の撮影部１０１だけで、路面の横断方向に沿って、幅ＤＬの撮影範囲を確保するためには、一台の撮影部１０１を、車両１´のルーフ上の高い位置に取り付けざるを得ない。
【0013】
これは、スリットレーザの拡がり角（発散角）を同じとすると、一台のスリット光投光部だけで、路面の横断方向に沿って、同じ幅の光切断線としての線状のマーカ１１２を確保するためには、一台のスリット光投光部を、車両上のより高い位置に取り付けざるを得ないからである。同様に、撮影部（カメラ）のレンズの画角を同じとすると、一台の撮影部だけで、路面の横断方向に沿って、同じ幅の撮影範囲を確保するためには、一台の撮影部を、車両上のより高い位置に取り付けざるを得ないからである。
【0014】
撮影部（カメラ）のレンズの画角を広角にし、スリットレーザの拡がり角（発散角）を広角にしたならば、車両上の低い位置に、一台の撮影部および一台のスリット光投光部を取り付けて必要となる撮影範囲、レーザ照射範囲を確保することは可能である。
【0015】
しかし、撮影部（カメラ）のレンズの画角を広角にすると、像の歪みや、周辺光量の低下というデメリットがある。またスリットレーザの拡がり角（発散角）を広角にすると、レーザ端部の路面への入射角が浅くなり、反射光が弱くなるデメリットがある。
【0016】
スリット光投光部１００、撮影部１０１を、車両１´のルーフ上の低位置に取り付けることができないと、車両搭載の自由度が制限される。また車両１´のルーフ上で、スリット光投光部１００、撮影部１０１を支持するためのフレーム９０の高さが高くなり、フレーム９０の場積が大きくなるという問題が生じる。これにより車両１´の走行に支障を来すおそれが生じる。
【0017】
本発明は、こうした事情に鑑みなされたものであり、路面高さ計測装置を構成するスリット光投光部、撮影部を、車両のルーフ上の低位置に取り付けることができるようにして、車両搭載の自由度を向上させることを課題とする。また車両のルーフ上で、スリット光投光部、撮影部を支持するためのフレームの高さを低くし、フレームの場積を小さくすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0018】
第１発明は、車両に取り付けられ、前記路面に対して水平な方向あるいは略水平な方向に向けて、前記路面の横断方向に拡がるスリット光を投光するスリット光投光部と、前記車両に取り付けられ、前記スリット光投光部から投光されたスリット光を下方に反射させて、前記路面の横断方向に拡がるスリット光を、前記路面に照射する第１のミラーと、前記第１のミラーの取り付け位置に対して前記車両の後方あるいは前方に取り付けられ、前記路面に照射されたスリット光の像を映す第２のミラーと、前記車両に取り付けられ、前記第２のミラーに映されたスリット光の像を、前記路面に対して水平な方向あるいは略水平な方向から撮影する撮影部と備えた車両搭載用路面高さ計測装置であることを特徴とする。
【0019】
第２発明は、第１発明において、前記車両のルーフに装着されるフレームを備え、前記スリット光投光部と前記第１のミラーと前記第２のミラーと前記撮影部は、前記フレームの外枠内に収まるように当該フレームに取り付けられていることを特徴とする。
【0020】
第３発明は、第１発明または第２発明において、前記フレームは、前記車両のルーフキャリアに装着されることを特徴とする。
【0021】
第４発明は、第１発明から第３発明のいずれかにおいて、前記スリット光投光部は、前記車両の後方に向けてスリット光を投光するように前記車両に取り付けられ、前記第１のミラーは、スリット光を、前記路面に対して垂直に上方から照射するように前記車両に取り付けられ、前記第２のミラーは、 前記第１のミラーの取り付け位置に対して前記車両の後方に位置するように前記車両に取り付けられ、前記撮影部は、前記第２のミラーの取り付け位置に対して前記車両の前方に位置するように前記車両に取り付けられていることを特徴とする。
【0022】
第５発明は、第１発明から第４発明のいずれかにおいて、前記フレームの高位置および低位置のうちいずれか一方の位置に、前記スリット光投光部と前記第１のミラーの組が取り付けられ、前記フレームの高位置および低位置の他方の位置に、前記第２のミラーと前記撮影部の組が取り付けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、一台のスリット光投光部を、車両のルーフ上の低位置に取り付けることができる。しかも従来技術と同じ幅の光切断線としての線状のマーカの照射範囲を確保することができる。同様に一台の撮影部を、車両１のルーフ上の低位置に取り付けることができる。しかも従来技術と同じ幅の撮影範囲を確保することができる。
【0024】
スリット光投光部、撮影部を、車両のルーフ上の低位置に取り付けることができるために、車両搭載の自由度が格段に向上する。
【0025】
車両のルーフ上で、スリット光投光部、撮影部を支持するためのフレームの高さを低くでき、フレームの場積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、図面を参照して本発明に係る車両搭載用路面高さ計測装置の実施の形態について説明する。
【0028】
【0029】
【0030】
路面高さ計測装置２０は、フレーム８０と、スリット光投光部１００と、第１のミラー３０と、第２のミラー４０と、撮影部１０１とを含んで構成される。
【0031】
フレーム８０は、車両１のルーフに装着されており、車両１の上面からみて矩形状に形成されている。フレーム８０は、車両１のルーフキャリア１３に装着されている。フレーム８０は、車両１のルーフキャリア１３に装着された状態で、横幅が車両１の車幅程度に収まっている。またフレーム８０は、車両１のルーフキャリア１３に装着された状態で、少なくとも中心よりも前側が車両１のルーフ上にあり、その余の後ろ側が車両１のルーフから後方へ張り出している。
【0032】
ルーフキャリア１３は、たとえば車両１のルーフの左右両端それぞれの雨ドイに挟み込むタイプの市販品を使用することができる。
【0033】
フレーム８０は、たとえば市販のアルミ角パイプをボルト、ナット、ブラケット等の締結固定部材を用いて、組み立てることができる。フレーム８０は、高位置のフレーム部８１と、低位置のフレーム部８２とを含んで構成される。高位置のフレーム部８１と、低位置のフレーム部８２とは、たとえばブラケットによって連結されている。
【0034】
図３、図４は、フレーム８０を下面からみた図である。図３は、高位置のフレーム部８１を省略して低位置のフレーム部８２を下面からみた図である。図４は、低位置のフレーム部８２を省略して高位置のフレーム部８１を下面からみた図である。
【0035】
スリット光投光部１００と第１のミラー３０と第２のミラー４０と撮影部１０１は、フレーム８０の外枠内に収まるようにフレーム８０に取り付けられている。
【0036】
フレーム８０のうち低位置のフレーム部８２に、スリット光投光部１００と第１のミラー３０の組が取り付けられ、フレーム８０のうち高位置のフレーム部８１に、第２のミラー４０と撮影部１０１の組が取り付けられている。
【0037】
図３に示すように、低位置のフレーム部８２には、車両１の車幅方向が長手方向である横フレーム部材８３が架け渡されている。
【0038】
スリット光投光部１００は、横フレーム部材８３に取り付けられている。
【0039】
低位置のフレーム部８２には、横フレーム部材８３の取り付け位置よりも車両１の後方の位置で、車両１の車幅方向が長手方向である角パイプ８４が左右のブラケット８５Ｌ、８５Ｒを介してフレーム部８２の左右内側に連結されている。
【0040】
角パイプ８４の各外面のうち、車両１の前側下方に向いた外面８４ａには、車両１の車幅方向が長手方向である長方形状の第１のミラー３０が装着されている。すなわちフレーム部８２には、第１のミラー３０が、スリット光投光部１００の取り付け位置よりも車両１の後方位置に取り付けられている。
【0041】
図４に示すように、高位置のフレーム部８１には、角パイプ８４の取り付け位置よりも車両１の後方の位置で、車両１の車幅方向が長手方向である角パイプ８６が左右のブラケット８７Ｌ、８７Ｒを介してフレーム部８１の左右内側に連結されている。
【0042】
角パイプ８６の各外面のうち、車両１の前側下方に向いた外面８６ａに、車両１の車幅方向が長手方向である長方形状の第２のミラー４０が装着されている。すなわちフレーム部８１には、第２のミラー４０が、第１のミラー３０の取り付け位置に対して車両１の後方の位置に取り付けられている。
【0043】
高位置のフレーム部８１には、角パイプ８６の取り付け位置よりも車両１の前方の位置で、車両１の車幅方向が長手方向である横フレーム部材８８が架け渡されている。
【0044】
横フレーム部材８８には、撮影部１０１が取り付けられている。すなわち高位置のフレーム部８１には、撮影部１０１が、第２のミラー４０の取り付け位置よりも車両１の前方位置に取り付けられている。
【0045】
【0046】
図５に示すように、スリット光投光部１００は、車両１の後方に向けて、スリット光としてのスリットレーザ１００ａを投光する。スリット光投光部１００は、路面に対して水平な方向に向けて、路面の横断方向に拡がるスリット光としてのスリットレーザ１００ａを投光する。路面の横断方向とは、車両１の進行方向に対して直交する方向として定義される。このような投光が実現されるようにスリット光投光部１００の横フレーム部材８３への取り付け姿勢、取り付け位置が調整されている。なお、スリットレーザ１００ａの投光方向としては、必ずしも完全な水平方向でなくともよく略水平な方向であってもよい。
【0047】
またスリット光投光部１００は、スリット光を投光できるものであればよく、必ずしもレーザ光でなくてもよい。
【0048】
第１のミラー３０は、スリット光投光部１００から水平方向に投光されるスリットレーザ１００ａを、路面に対して垂直に上方から照射する。第１のミラー３０は、スリット光投光部１００から投光されたスリットレーザ１００ａを下方に反射させて、路面の横断方向に拡がるスリットレーザ１００ａを、路面に照射する。このようなレーザ照射が実現されるように角パイプ８４のフレーム部８２への取り付け姿勢および取り付け位置が調整されている。
【0049】
これにより路面上には、スリットレーザ１００ａの照射によって、路面の横断方向に平行な光切断線としての線状のマーカ１１２が形成される。１台のスリット光投光部１００によって、従来技術と同様に、路面の横断方向に沿って、所定の幅Ｄの光切断線としての線状のマーカ１１２が確保される。
【0050】
図６において、撮影部１０１の撮影範囲を破線１０１ａで示す。図６に示すように、第２のミラー４０は、路面の横断方向に平行な光切断線としての線状のマーカ１１２、つまり路面に照射されたスリット光の像１１２´を映す。第２のミラー４０は、路面に対して斜め後方からスリット光の像１１２´を映す。このような鏡像が実現されるように角パイプ８６のフレーム部８１への取り付け姿勢、取り付け位置が調整されている。
【0051】
撮影部１０１は、第２のミラー４０に映されたスリット光の像１１２´を、路面に対して水平な方向から撮影する。このような撮影が実現されるように撮影部１０１の横フレーム部材８８への取り付け姿勢、取り付け位置が調整されている。なお、撮影部１０１の撮影方向としては、必ずしも完全な水平方向でなくともよく略水平な方向であってもよい。
【0052】
撮影部１０１は、第２のミラー４０に映されたスリット光の像１１２´を撮影できるものであればよく、たとえばエリアカメラを使用することができる。
【0053】
したがって光切断法の原理にしたがい、撮影部１０１は、路面の横断方向に沿って路面が平坦であれば、線状のマーカ１１２を直線として撮影し、路面の横断方向に沿って路面に凹凸であれば、線状のマーカ１１２を凹凸がある歪んだものとして撮影する。
【0054】
１台の撮影部１０１によって、従来技術と同様に路面の横断方向に沿って所定の幅ＤＬの撮影範囲が確保される。
【0055】
図示しない計測部は、撮影部１０１から撮影データを取り込むとともに、車両１の位置および車速のデータを取り込み、路面の高さ分布を計測する。
【0056】
路面上に生じた光切断線としての線状のマーカ１１２は、測定対象である路面の高さに応じて位置が水平方向（路面の縦断方向）に変位するという特性を有している。したがって、撮影部１０１が撮影した撮影画像内の光切断線としての線状のマーカ１１２の変位プロファイルに基づいて、光切断線としての線状のマーカ１１２に対応する路面横断方向の高さ分布を算出することができる。撮影部１０１から取得した撮影データから、路面横断方向の高さ分布を算出することができる。
【0057】
車両１を走行させつつ測定対象である路面の縦断方向位置を少しずつ動かしながら光切断線としての線状のマーカ１１２の変位プロファイルを繰り返し測定することで、測定対象である路面内の高さ分布を得ることができる。路面の縦断方向位置は、車両１に搭載されたGPS（グローバル・ポジショニング・システム）から取得した位置データと、車速センサから取得した車速に基づき算出することができる。路面の縦断方向位置と路面横断方向の高さ分布とを突き合わせることで測定対象である路面内の高さ分布を算出することができる。
【0058】
上記した計測部は、車両１に搭載してもよく、車両１の外部に設けてもよい。
【0059】
【0060】
本実施形態によれば、一台のスリット光投光部１００を、車両１のルーフ上の低位置に取り付けることができる。しかも従来技術と同じ幅Ｄの光切断線としての線状のマーカ１１２の照射範囲を確保することができる。同様に一台の撮影部１０１を、車両１のルーフ上の低位置に取り付けることができる。しかも従来技術と同じ幅ＤＬの撮影範囲を確保することができる。
【0061】
スリット光投光部１００、撮影部１０１を、車両１のルーフ上の低位置に取り付けることができるために車両搭載の自由度が格段に向上する。
【0062】
車両１のルーフ上で、スリット光投光部１００、撮影部１０１を支持するためのフレーム８０の高さを低くでき、フレーム８０の場積を小さくすることができる。一台のスリット光投光部１００を設置するだけでよく複数台のスリット光投光部の設置を要しない。同様に一台の撮影部１０１を設置するだけでよく複数台の撮影部の設置を要しない。このため複数台の機器間で調整が不要となるなど装置構成を簡易なものとすることができる。
【0063】
本実施形態では、第２のミラー４０を、第１のミラー３０の取り付け位置に対して車両１の後方に取り付け、路面に照射されたスリット光の像１１２´を路面に対して斜め後方から映すようにしている。
【0064】
しかし、図７に示すように、第２のミラー４０を、第１のミラー３０の取り付け位置に対して車両１の前方に取り付け、路面に照射されたスリット光の像を前方から映す実施形態も可能である。
【0065】
また本実施形態では、フレーム８０を、車両１のルーフから後方へ張り出すように車両１に取り付けて、スリット光投光部１００と第１のミラー３０と第２のミラー４０と撮影部１０１とを車両１の後方に配置している。
【0066】
しかし、車両の種類によっては、フレーム８０を、車両１のルーフから前方へ張り出すように車両１に取り付けて、スリット光投光部１００と第１のミラー３０と第２のミラー４０と撮影部１０１とを車両１の前方に配置する実施形態も可能である。
【符号の説明】
【0067】
１ 車両
２０ 路面高さ計測装置
３０ 第１のミラー
４０ 第２のミラー
８０ フレーム
１００ スリット光投光部
１０１ 撮影部
２０ 路面高さ計測装置
３０ 第１のミラー
４０ 第２のミラー
８０ フレーム
１００ スリット光投光部
１０１ 撮影部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
